抗飽和IMC-PID控制器及其設(shè)計方法研究.pdf

1、實際生產(chǎn)中大多的控制系統(tǒng)都是帶有約束的非線性系統(tǒng)。飽和問題屬于帶約束的非線性系統(tǒng)亟待解決的問題之一。廣義的飽和問題(windup)中包括物理特性限制、執(zhí)行器飽和等輸入飽和問題以及模型替代問題。由于飽和的存在會嚴重影響系統(tǒng)的性能，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此抗飽和的控制器的設(shè)計尤為重要。本文介紹了當(dāng)前抗飽和控制器設(shè)計的一些主流方法，此外，針對飽和問題，本文提出了兩種新的抗飽和內(nèi)?？刂撇呗?，同時為了使該方法其易于實現(xiàn)，將此兩種抗飽和內(nèi)模結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化

2、成IMC-PID控制器結(jié)構(gòu)。為了使該IMC-PID結(jié)構(gòu)達到良好的動態(tài)響應(yīng)，本文采用智能優(yōu)化算法(IOA)進行控制器參數(shù)以及補償系數(shù)尋優(yōu)。
　　首先，對經(jīng)典的含有飽和的內(nèi)模控制系統(tǒng)進行分析，分析了當(dāng)對象確定，不同輸入飽和值umax對內(nèi)?？刂戚敵龅挠绊?，以及不同濾波器時間常數(shù)λ對內(nèi)模控制輸出的影響。推導(dǎo)了控制器可以追蹤對象輸出設(shè)定值條件下，輸入飽和值umax與濾波器時間常數(shù)λ的關(guān)系。為研究抗飽和內(nèi)模控制器的參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)。
　

3、　其次，對經(jīng)典的抗飽和統(tǒng)一框架（AWBT）下提出的抗飽和內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)進行改進，改進了補償器。本文通過在副控制器中加入了一個參數(shù)，使其可以由智能優(yōu)化算法(IOA)進行優(yōu)化，提出了一種新型的抗飽和內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)，并將其轉(zhuǎn)化為IMC-PID控制結(jié)構(gòu)，最終提出了基于IOA的優(yōu)化補償抗飽和IMC-PID控制器。在相關(guān)仿真中，通過對ITAE、ISE等系統(tǒng)性能指標的分析，說明了此系統(tǒng)具有更快的動態(tài)響應(yīng)以及更好的跟蹤性能。
　　最后，對一般的含有飽

4、和的控制系統(tǒng)進行定性分析，全面的分析了飽和對系統(tǒng)造成的三種主要影響，針對這三個主要影響分別設(shè)計了三個靜態(tài)補償器并采用前饋的思想對系統(tǒng)進行補償，減少飽和對系統(tǒng)造成的影響，提出了基于定性分析的多補償器內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)。隨后采用智能優(yōu)化算法(IOA)將其轉(zhuǎn)化為抗飽和IMC-PID控制結(jié)構(gòu)，最終提出了基于定性分析的多補償器IMC-PID控制器。在相關(guān)仿真中，通過對超調(diào)量、調(diào)整時間、穩(wěn)態(tài)誤差等系統(tǒng)性能指標的分析，說明了此結(jié)構(gòu)能夠有效的改善由于飽和帶來